本文转自：鲁中晨报我国在光存储领域获突破性进展

容量顶百个商用硬盘“超级光盘”诞生

近日,中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称“上海光机所”)与上海理工大学等科研单位合作,在超大容量三维超分辨光存储研究中取得突破性进展。研究团队利用国际首创的双光束调控聚集诱导发光超分辨光存储技术,实验上首次在信息写入和读出均突破了衍射极限的限制,实现了点尺寸为54nm、道间距为70nm的超分辨数据存储,并完成了100层的多层记录,单盘等效容量达Pb量级,相当于100个商用硬盘。相关研究成果于2月22日发表于《自然》杂志。

挺好用,也“难用”

当光驱逐渐消失,光盘也和日常生活工作渐行渐远。可对大存储量的数据中心来说,光盘却是不容忽视的重要存储手段。

光盘上有一圈一圈非常细的纹路,背面压上能反光的材质,用平整和小凹坑代表0和1,就能够存储大量数据了。

人类正处于数据爆炸的时代,全球数据量呈指数级激增。由此也带来了数据的存储难题——大容量数据的存储也需要大能耗。统计显示,2022年全国数据中心耗电量达到2700亿千瓦时,为同期三峡电站累计发电量的两倍以上。光存储技术具有绿色节能、安全可靠、寿命长达50~100年的独特优势,非常适合长期低成本存储海量数据。然而受到衍射极限的限制,传统商用光盘的最大容量仅在百GB量级。“光盘上存储的是一个个信息点,两点太近就容易互相干扰,无法进一步提高存储容量。”中国科学院上海光机所空天激光技术与系统部博士后、论文第一作者赵苗解释。

破极限,找材料

光学衍射极限,在2005年和2021年两度登上《科学》杂志发布的全球最前沿的125个科学问题,足见难如登天。诺贝尔奖得主斯特凡·W·赫尔在20世纪90年代提出了受激辐射损耗显微技术,随后在显微成像领域证明了光学衍射极限能够被打破。2013年,顾敏院士团队利用双光束的原理实现了9纳米激光直写技术,在激光直写领域实现超分辨。然而,一直缺乏可行的材料能做到双光束存储:能超分辨写、超分辨读、三维存储及长期保存。

研究团队“两条腿走路”:一边突破衍射极限限制,一边寻求合适的材料。“我们在国际上首创光束调控聚集诱导发光超分辨光存储技术,可调控聚集诱导发光效应和区域,将信息记录点缩小到纳米级别,同时实现超分辨读出,在光存储领域突破衍射极限。”上海光机所空天激光技术与系统部研究员、论文共同通讯作者之一的阮昊研究员介绍。

在材料选择上,“大浪淘沙”后,AIE染料掺杂有机树脂进入了团队的视野。新材料在激光的调控下能够使荧光增强五六十倍,而且“写过留痕”——激光写入的地方发生红移,产生非常高的信噪比。研究人员在光盘各层分别写入上海光机所和上海理工大学的标识,从第1层和第100层都能读出,展示了材料极高的三维性能。

“光盘的原始误码率为0.33%,经过纠错技术后,单盘的误码率基本接近零。”阮昊补充道,“在镀保护层等操作后,光盘寿命有望达到百年。”

产业化,向前走

这项突破是国际上首次实现Pb量级的超大容量光存储,对于我国在信息存储领域突破关键核心技术、实现数字经济的可持续发展具有重大意义。

论文另一位共同通讯作者,上海理工大学光子芯片研究院院长、张江实验室光计算所所长顾敏院士预计,这项技术将在未来改进读写速度等问题,实现工程化应用,将为大数据中心提供海量冷数据储存方案。

“相较于常见的固态硬盘,光盘的存储条件更加宽松,稳定性也更强。”阮昊称,未来团队将拓展其在光显微成像、光显示、光信息处理等领域的交叉应用。

据央视新闻、《新民晚报》